MODELO DE SIMULACIÓN MATEMÁTICA PARA EL ANÁLISIS INTEGRAL DEL SISTEMA PRINCIPAL DE DRENAJE DE LA ZMVM. Ing. Guillermo Leal Báez

Transcripción

1 MODELO DE SIMULACIÓN MATEMÁTICA PARA EL ANÁLISIS INTEGRAL DEL SISTEMA PRINCIPAL DE DRENAJE DE LA ZMVM Ing. Guillermo Leal Báez Noviembre 2015

2 OBJETIVO DE MODELAR EL DRENAJE DE LA ZMVM Dada la complejidad del sistema de drenaje se determinó que era necesario contar con una herramienta que permitiera conocer de manera INTEGRAL el funcionamiento hidráulico del Sistema de Drenaje existente (diagnóstico) y con ello: Tener la posibilidad de analizar distintas alternativas de solución para definir ubicación, trazo, capacidad y geometría de estructuras y conductos en estudio (planeación y base de proyectos ejecutivos). Optimizar las políticas para el manejo y desalojo de los escurrimientos, así como para la protección de la población y la infraestructura urbana (protocolos de operación).

3 EVOLUCIÓN EN EL USO DE MODELOS 1991 Modelo matemático para la simulación del funcionamiento hidráulico de la nueva zonificación de los canales de Xochimilco CANAL Plan Maestro de la Zona Metropolitana del Valle de México Modelo unidimensional completo del Sistema de Drenaje de la ZMVM Modelo unidimensional completo del Sistema de Drenaje de la ZMVM Modelos bidimensionales de áreas susceptibles de inundación CANAL y TUAVE MOUSE MIKE URBAN (MOUSE) MIKE 21

4 Obra de Toma SISTEMA PRINCIPAL DE DRENAJE DE LA ZMVM PRESA REQUENA PLANTA DE TRATAMIENTO ATOTONILCO PORTAL DE SALIDA EMISOR CENTRAL SALIDA TUNEL TEQUIXQUIAC ANTIGUA SALIDA TUNEL TEQUIXQUIAC 1900 Gran Canal 1960 Interceptor del Poniente km al Vaso del Cristo 1964 Emisor del Poniente: Vaso del Cristo al Tajo de Nochistongo 1975 Interceptor Central 1975 Interceptor Oriente Emisor Central Canal Emisor Túnel Emisor Oriente del Poniente LAGUNA DE ZUMPANGO ENTRADAS A TUNELES DE TEQUIXQUIAC Gran Canal Túnel Emisor Oriente 1975 Emisor Central * Túnel Emisor Oriente (en proceso de construcción) 1 Gran Canal 2 CAPACIDAD POR ELEMENTO Emisor del Poniente 1 er Túnel 17.5 m 3 /s 2º Túnel 60 m 3 /s 130 m 3 /s 3 Emisor Central 180 m 3 /s 4 Túnel Emisor Oriente (TEO) 150 m 3 /s Río Hondo Río Chico de Los Remedios Emisor del Poniente Vaso El Cristo Interceptor del Poniente Vaso Fresnos Emisor Central Interceptor Centro-Poniente Vaso Carretas Interceptor Central Río de La Piedad Río Churubusco Interceptor Oriente Colector Miramontes Río de Los Remedios Interceptor Centro -Centro Prolongación Colector División del Norte P.B. Lago Interceptor Oriente-Sur Semiprofundo Iztapalapa Gran Canal Túnel Río de Los Remedios Interceptor Oriente-Sur Interceptor Canal Nacional-Canal de Chalco Dren Gral. Del Valle Horaria Brazo Izquierdo Interceptor Oriente-Oriente Brazo derecho Laguna Churubusco Laguna de Regulación Casa Colorada Río de la Compañía Vaso Regulador El Salado Canal General Nabor Carrillo Cajón Río de la Compañía Semiprofundo Río de la Compañía Río San Francisco Laguna La Gasera Río San Rafael

5 Obra de Toma OPERACIÓN ÉPOCA DE ESTIAJE PRESA REQUENA PLANTA DE TRATAMIENTO ATOTONILCO PORTAL DE SALIDA EMISOR CENTRAL SALIDA TUNEL TEQUIXQUIAC ANTIGUA SALIDA TUNEL TEQUIXQUIAC LAGUNA DE ZUMPANGO ENTRADAS A TUNELES DE TEQUIXQUIAC Emisor Central Los escurrimientos de aguas residuales se desalojan a través del Sistema de Drenaje Superficial, Gran Canal del Desagüe y Emisor del Poniente. Canal Emisor Túnel Emisor Oriente del Poniente Gran Canal Túnel Emisor Oriente Con esta política se logra tener las condiciones necesarias para dar mantenimiento preventivo y/o correctivo a los túneles. Río Hondo Río Chico de Los Remedios Emisor del Poniente Vaso El Cristo Interceptor del Poniente Vaso Fresnos Emisor Central Interceptor Centro-Poniente Vaso Carretas Interceptor Central Río de La Piedad Río Churubusco Interceptor Oriente Colector Miramontes Río de Los Remedios Interceptor Centro -Centro P.B. Lago Interceptor Oriente-Sur Semiprofundo Iztapalapa Gran Canal Túnel Río de Los Remedios Interceptor Oriente-Sur Interceptor Canal Nacional-Canal de Chalco Dren Gral. Del Valle Horaria Brazo Izquierdo Interceptor Oriente-Oriente Brazo derecho Laguna Churubusco Laguna de Regulación Casa Colorada Río de la Compañía Vaso Regulador El Salado Nabor Carrillo Cajón Río de la Compañía Semiprofundo Río de la Compañía Río San Francisco Laguna La Gasera Prolongación Colector División del Norte Canal General Río San Rafael

6 Obra de Toma OPERACIÓN TEMPORADA DE LLUVIAS PRESA REQUENA PLANTA DE TRATAMIENTO ATOTONILCO PORTAL DE SALIDA EMISOR CENTRAL SALIDA TUNEL TEQUIXQUIAC ANTIGUA SALIDA TUNEL TEQUIXQUIAC Los caudales se manejan principalmente a través del Sistema de Drenaje Profundo, por lo que el Superficial sólo funciona como apoyo. La operación considera lo siguiente: El SDP se encuentra completamente abierto en todas sus captaciones. Emisor Central Canal Emisor Túnel Emisor Oriente del Poniente LAGUNA DE ZUMPANGO ENTRADAS A TUNELES DE TEQUIXQUIAC Gran Canal Túnel Emisor Oriente Se operan las grandes PB: Gran Canal , , Río Hondo, Casa Colorada Superficial y Profunda, La Caldera y El Caracol. Se utiliza la capacidad de regulación de 29 presas del poniente, las lagunas Ciénega Grande, Ciénega Chica, Vaso San Lucas, Casa Colorada, Churubusco Regulación Horaria, Vaso del Cristo, Fresnos y Carretas. Río Hondo Río Chico de Los Remedios Emisor del Poniente Vaso El Cristo Interceptor del Poniente Vaso Fresnos Emisor Central Interceptor Centro-Poniente Vaso Carretas Interceptor Central Río de La Piedad Río Churubusco Interceptor Oriente Colector Miramontes Río de Los Remedios Interceptor Centro -Centro Prolongación Colector División del Norte P.B. Lago Interceptor Oriente-Sur Semiprofundo Iztapalapa Gran Canal Túnel Río de Los Remedios Interceptor Oriente-Sur Interceptor Canal Nacional-Canal de Chalco Dren Gral. Del Valle Horaria Brazo Izquierdo Interceptor Oriente-Oriente Brazo derecho Laguna Churubusco Laguna de Regulación Casa Colorada Río de la Compañía Vaso Regulador El Salado Canal General Nabor Carrillo Cajón Río de la Compañía Semiprofundo Río de la Compañía Río San Francisco Laguna La Gasera Río San Rafael

7 INFORMACIÓN PARA EL ARMADO DEL MODELO REQUERIMIENTOS OBTENCIÓN DE DATOS Topografía georreferenciada Trazo, ubicación, altimetría y geometría de conductos, cauces, vasos reguladores y estructuras Capacidades y niveles de operación en plantas de bombeo y estructuras de control Consulta en mapotecas y bibliotecas de la DGCOH y CNA de planos de proyecto y obra terminada Consulta a las áreas operativas de SACMEX, CAEM y Conagua Políticas de operación generales del sistema y particulares del conducto estudiado Consulta del Protocolo de Operación Conjunta de la Infraestructura Hidráulica del Valle de México

8 INFORMACIÓN HIDROLÓGICA DE LA ZMVM Ubicar la infraestructura principal Determinar las cuencas propias Ubicar y obtener datos de estaciones pluviográficas y pluviométricas Definir polígonos de Thiessen Río Papalotla 25 Gasto (m3/s) OBTENER HIDROGRAMAS DE CUENCA PROPIA Tiempo (h)

9 ARMADO DEL SISTEMA PRINCIPAL (SUPERFICIAL Y PROFUNDO) ELEMENTOS DEL ARMADO No. de nodos No. de tramos Longitud de red (km) 849 Hidrogramas de entrada 291

10 PARÁMETROS QUE CALCULA EL MODELO Con el modelo se obtienen, en cualquier punto del sistema e instante de la simulación, las siguientes variables principales: Gasto Velocidad Tirante Elevación de la SLA

11 PLANTA DE BOMBEO GRAN CANAL km (2000)

12 PLANTA DE BOMBEO GRAN CANAL km (2000) Vista aguas arriba de la PB Vista aguas abajo de la PB

13 PLANTA DE BOMBEO RÍO HONDO (2002) [m] Standard - IP-VERT.PRF " [m]

14 PLANTA DE BOMBEO RÍO HONDO (2002)

15 ENTUBAMIENTO DEL GRAN CANAL, (2005) [m] Standard - EP2-Q1.PRF P.B. GRAN CANAL KM P.B. GRAN CANAL KM CAJON GRAN CANAL [m] CAJON GRAN CANAL P.B. GRAN CANAL KM P.B. GRAN CANAL KM

16 ENTUBAMIENTO DEL GRAN CANAL, (2005)

17 SEMIPROFUNDO CANAL NACIONAL - CANAL DE CHALCO (2006) [m] Standard - EP2-Q1.PRF P.B. MIRAMONTES [m] P.B. MIRAMONTES

18 SEMIPROFUNDO CANAL NACIONAL - CANAL DE CHALCO (2006)

19 PLANTAS DE BOMBEO CASA COLORADA (2007/2009) [m] Standard P.B. CASA COLORADA SUPERFICIAL P.B. CASA COLORADA SUPERFICIAL P.B. CASA COLORADA PROFUNDA [m] P.B. CASA COLORADA PROFUNDA P.B. CASA COLORADA SUPERFICIAL P.B. CASA COLORADA PROFUNDA

20 PB CASA COLORADA SUPERFICIAL (2007)

21 PB CASA COLORADA PROFUNDA (2009)

22 RECTIFICACIÓN CANAL GENERAL (2007) P.B. 1 Río Ameca Laguna de regulación Xico P.B. 3 P.B. 2

23 RECTIFICACIÓN CANAL GENERAL (2007)

24 REVESTIMIENTO DEL EMISOR CENTRAL (2008) [m] Standard - EP2-Q1.PRF LUMBRERA 0 EMISOR CENTRAL [m] HIDROGRAMA DE SALIDA

25 REVESTIMIENTO DEL EMISOR CENTRAL (2008) Hidroescarificado con agua a presión Lanzado de concreto en clave del túnel Interceptor Central. Cimbra metálica y acero de refuerzo Recubrimiento en la cimbra metálica T-Lock

26 CONDUCTO DE ESTIAJE RÍO DE LA COMPAÑÍA (2010) [m] Standard SR2440 JI1692 JI3092 JI FC FC LUM-3 ZQ1698 ZQ LUM CG7400 LUM-1A RC3500 REG-1 REG-2 RC2300 RC CG5400 RF1308 RF CG4540 CG3500 CG3340 CG3040 RF RF CG100 CG-39 H-12 RF RF [m] DESCARGA P.B. CANAL GENERAL P.B LA CALDERA DESCARGA DE L. LA GASERA KM SALIDA DEL CAJÓN TRAMO PLANTILLA RECTIFICADA

27 CONDUCTO DE ESTIAJE RÍO DE LA COMPAÑÍA (2010)

28 ENTUBAMIENTO RÍO DE LOS REMEDIOS (2015) DESCARGA A GRAN CANAL DEL DESAGÛE CRUCE CON AV. CENTRAL

29 ENTUBAMIENTO RÍO DE LOS REMEDIOS (2014)

30 ANÁLISIS DEL DESBORDAMIENTO DEL RÍO DE LOS REMEDIOS (BORDO SUR) Se empleó MIKE 21 para definir la zona de inundación si el río se desbordara en el punto donde se presentan mayores hundimientos. Se utilizó un MDE LIDAR (5 x 5 m). Los datos de la simulación fueron: V = m 3. t = 24 h. Q = 9.72 m 3 /s. PB 9 y 10 L4 TIRR L5 TIRR

31 ANÁLISIS DEL DESBORDAMIENTO DEL RÍO DE LOS REMEDIOS (BORDO NORTE) Se empleó MIKE 21 para definir la zona de inundación si el río se desbordara en el punto donde se presentan mayores hundimientos. Se utilizó un MDE LIDAR (5 x 5 m). Los datos de la simulación fueron: V = m 3. t = 24 h. Q = 9.72 m 3 /s. PB 9 y 10 L4 TIRR L5 TIRR

32 ANÁLISIS DEL DESBORDAMIENTO DE CANAL GENERAL (CADENAMIENTO 8+400) Se empleó MIKE 21 para definir la zona de inundación correspondiente a cinco puntos en los que ya ha fallado el bordo, incluso, en varias ocasiones. PB 2 Los datos de la simulación fueron: En el cad se deriva parte del caudal a una laguna de regulación. Hidrogramas correspondientes a D = 8 h y Tr = 25 años. Tiempo de simulación: 24 h PB 3

33 SISTEMA DE DRENAJE DE LA ZONA FEDERAL DEL LAGO DE TEXCOCO (2015) El sistema de drenaje de la Zona Federal del Lago de Texcoco incluye: Los nueve ríos de oriente. Canales existentes y en proyecto. Túneles en proyecto. Lagunas de regulación existentes y en proyecto.

34 MODELO CON INFORMACIÓN EXISTENTE Datos de levantamientos topográficos de los canales existentes Plantillas de lagunas de proyecto propuestas en las MIA. Canal Perimetral HC SBE NC PTS Hidrograma 1 Punto en el que se desborda Punto en el que se desborda Hidrograma 2 Hidrograma 1 Hidrograma 2 Con estas condiciones geométricas el Canal Perimetral se desborda y se interrumpe la simulación.

35 MODELO CON MODIFICACIONES PROPUESTAS Descarga río Teotihuacán y río Papalotla Descarga río Teotihuacán y río Papalotla Entrada a Nabor Carrillo Descarga al DGV Entrada a Nabor Carrillo Descarga de río Coatepec y río Sta. Mónica Descarga al DGV Dren Chimalhuacán Dren Chimalhuacán Descarga de río Coatepec y río Sta. Mónica DGV Canal Perimetral L. Hidalgo y Carrizo L. Nabor Carrillo L. Peñón Texcoco Sur

36 MODELOS DE DRENAJE DE GRANDES CIUDADES De acuerdo con información proporcionada por personal del DHI (Danish Hydraulic Institute) en marzo de 2015, el modelo de la Cd. de México se encuentra entre los más grandes a nivel mundial. CIUDAD PAÍS TUBERÍAS NODOS Abu Dabi Emiratos Árabes Unidos POBLACIÓN (Millones de hab.) (2012) Los Ángeles E.U.A (2013) Cd. de México México (2010) Belgrado Serbia (2002) Aarhus Dinamarca (2010) Singapur Singapur (2014) Podrían existir otros modelos hechos por usuarios de MOUSE/MIKE URBAN, de los cuales no tiene conocimiento el DHI.

37 CONCLUSIONES Así como en la ZMVM, es necesario que en las ciudades más importantes del país se implementen modelos de simulación matemática para: Analizar de manera integral el funcionamiento hidráulico de los sistemas de drenaje, así como de las estructuras y conductos más importantes. Obtener las bases técnicas para la planeación de nueva infraestructura. Determinar los parámetros a considerar en el desarrollo de los grandes proyectos ejecutivos. Determinar o modificar las políticas de operación con el objetivo de aumentar la eficiencia del funcionamiento hidráulico y la protección a la población y la infraestructura urbana. Estimar daños causados por fallas en el sistema de drenaje. Maximizar los beneficios y minimizar las inversiones.

38 MODELO DE SIMULACIÓN MATEMÁTICA PARA EL ANÁLISIS INTEGRAL DEL SISTEMA PRINCIPAL DE DRENAJE DE LA ZMVM Ing. Guillermo Leal Báez Noviembre 2015